"Явление давно известно. Его описывают с помощью трибоэлектрического ряда — последовательности материалов, которые трутся друг о друга. Один заряжается положительно, другой отрицательно. Сейчас возможности диагностики значительно расширились, у нас есть инструмент исследования трибоэлектрического эффекта в нанометровых масштабах", — рассказывает старший научный сотрудник Физико-технического института (ФТИ) имени А. Ф. Иоффе
РАН Прохор Алексеев.
Первопроходцем стал физик Чжунлинь Ван из Технологического института
Джорджии, занимавшийся пьезоэлектрическим эффектом.
"Эксперимент был со стержнями из оксида цинка диаметром сто нанометров, длиной пару микрометров. В 2006-м в Science вышла статья об этом", — продолжает ученый.
При механическом воздействии на наноматериалы, помимо пьезоэлектрического, часто возникал гораздо менее изученный трибоэлектрический эффект. И Чжунлинь Ван
переключился на него.
Большинство экспериментов проводят на наноуровне, например, с монослоями графена толщиной в атом. Отсюда название — трибоэлектрические наногенераторы. Два диэлектрика трутся друг о друга. Между ними возникает ток смещения малой плотности — милли-, микроамперы. Но генерируется большой потенциал в сотни вольт и даже киловольты.
"Основное преимущество — большое напряжение при маленьком токе. Мощность современных образцов достигают 100 ватт на квадратный метр", — уточняет Алексеев.
Одно из перспективных направлений применения TENG — медицина. Речь не только о датчиках, измеряющих параметры здоровья на теле, но и о биосовместимых устройствах.
"На одной из первых конференций по этой теме я видел эксперимент с мышью, которой вживили небольшой полимерный квадратик, способный генерировать электричество от дыхания, биения сердца. Более совершенные устройства с дополнительными слоями могут запасать энергию и в случае необходимости стимулировать сердечную мышцу. Потом они растворяются в организме", — поясняет исследователь.
Есть даже идея лечить ожирение с помощью наногенераторов. Предлагают вживить их в районе желудка и воздействовать на нервы, чтобы вызывать чувство сытости.